较差自转
较差自转(differential rotation)是指一个天体在自转时不同部位的角速度互不相同的现象。较
差自转在大多数非固体的天体中存在,比如星系、恒星、巨型气体行星等等;太阳系内则有
太阳和木星表面出现。
星体的自转来自于其在前恒星阶段(prestellar)所累积的相角(accretion of phase),以及对角动
量的守恒而来。而较差自转的成因主要来自于星体自身结构内部的对流;由于恒星内部有温
度梯度等影响,对流会使得内部及外部的物质进行类似置换的动作,而小区块物质本身带有
恒星的部份角动量,不...
较差自转(differential rotation)是指一个天体在自转时不同部位的角速度互不相同的现象。较
差自转在大多数非固体的天体中存在,比如星系、恒星、巨型气体行星等等;太阳系内则有
太阳和木星表面出现。
星体的自转来自于其在前恒星阶段(prestellar)所累积的相角(accretion of phase),以及对角动
量的守恒而来。而较差自转的成因主要来自于星体自身结构内部的对流;由于恒星内部有温
度梯度等影响,对流会使得内部及外部的物质进行类似置换的动作,而小区块物质本身带有
恒星的部份角动量,不同区域的对流造成了恒星内部角速度分布的重新配置,而形成了较差
自转的现象。需要注意的是,有时恒星风也是恒星损失角动量的来源。——维基百科
对于较差自转现象的具体解释:
做如下思想实验,假设有这样一颗星体,其内部不存在对流造成物质交换,像行星一样做整
体同角速度的自转,但其像恒星具有恒星风一样不断抛射损失最外层物质。明显的,其内部
物质间只有角速度法向方向的作用力(引力与压力)没有角速度切向方向的作用力(切向速
度相同无净粘滞力)。因此,在该星体风将最外层球壳的物质吹出星体的过程中,星体损失
了一部分质量及其携带的角动量,而剩余部分的角动量不受任何影响。
现在加入恒星内部对流作用的影响。同样首先假设初始状态恒星各部分角速度相同,此种状
态下恒星赤道附近外层区域的物质携带较大角动量,内层区物质携带较小角动量;恒星两极
内层与外层物质携带角动量差别很小。
首先考虑赤道附近,在对流作用下,转动惯量质量比较大的部分向内移动,转动惯量较小的
部分向外移动到恒星表面并被恒星风喷射出去,与之前无对流交换物质的情况相比,更多的
角动量被保留下来,因此恒星赤道角速度也应当比无对流喷射星体的赤道角速度大。
而恒星两极附近对流作用交换的物质角动量几乎相同,应当与无对流交换物质喷射星体的两
极的角速度相同。
同时我们知道,之前假设星体具有统一恒定的角速度,由此可知恒星对流与恒星风的共同作
用,将使原本统一的自转角速度转变为赤道角速度大于两极角速度。
我们也可以从受力角度来进行
,旋转质量改变距恒星质心距离后,其旋转角速度比然发
生改变,改变量为
2' ( )
R
R dR
ω ω=
+
当 dR小于 0时角速度增加,反之物质向外运动角速度减小。此时新移动到内层的物质与原
本处于内层的物质存在速度差,通过自转切向粘滞力传递角动量,带动内层物质改变其角速
度,而新移动到恒星最外层的物质部分被喷射出去,减小了他们的影响。
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